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EFEPR2025暑期学校课程草案：
时间 星期日 31 /08 星期一 1/09 星期二 2/09 星期三 3/09 星期四 4/09 星期五 5/09 星期六 6/09 上午 9:00 电子自旋基础
室温下产生稳定的量子比特研究人员观察到分子系统中具有四个电子自旋的五重态的量子相干性
日本福冈——在《Science Advances》杂志上发表的一项研究中，九州大学工程学院副教授柳井伸宏领导的一组研究人员与九州大学宫田清副教授和神户大学小堀康弘教授合作，报告称他们已经在室温下实现了量子相干性：量子系统能够随着时间的推移保持明确状态而不受周围干扰影响的能力。这一突破是通过将发色团（一种吸收光并发射颜色的染料分子）嵌入金属有机骨架（MOF，一种由金属离子和有机配体组成的纳米多孔晶体材料）中实现的。他们的发现标志着量子计算和传感技术的重大进步。虽然量子计算被定位为计算技术的下一个重大进步，但量子传感是一种利用量子比特（经典计算中比特的量子类似物，可以存在于 0 和 1 的叠加中）量子力学特性的传感技术。可以采用各种系统来实现量子比特，其中一种方法是利用电子的固有自旋（与粒子磁矩相关的量子特性）。电子有两种自旋状态：自旋向上和自旋向下。基于自旋的量子比特可以存在于这些状态的组合中，并且可以“纠缠”，从而允许从另一个量子比特推断出一个量子比特的状态。通过利用量子纠缠态对环境噪声极其敏感的特性，量子传感技术有望实现比传统技术更高的分辨率和灵敏度的传感。然而，到目前为止，将四个电子纠缠并使其对外部分子作出反应，即使用纳米多孔 MOF 实现量子传感一直具有挑战性。值得注意的是，发色团可用于在室温下通过称为单重态裂变的过程激发具有所需电子自旋的电子。然而，在室温下会导致存储在量子比特中的量子信息失去量子叠加和纠缠。因此，通常只有在液氮水平温度下才能实现量子相干性。为了抑制分子运动并实现室温量子相干性，研究人员在 UiO 型 MOF 中引入了基于并五苯（由五个线性稠合苯环组成的多环芳烃）的发色团。“这项研究中的 MOF 是一种独特的系统，可以密集地积累发色团。此外，晶体内的纳米孔使发色团能够旋转，但角度非常受限，”Yanai 说道。
第六讲：角动量、自旋和统计
除了轨道 AM，量子粒子还具有自旋，其起源于相对论，可以将其视为与粒子围绕自身的固有动态旋转有关。自旋与轨道 AM 一样具有离散光谱。电子自旋的 l 值等于 ½，其沿任何给定方向的分量取值 (自旋 ½)。与电子自旋相关的量子态在二维希尔伯特空间中演化，其算符可以表示为恒等算符和三个泡利算符的线性组合，这些算符与三个正交空间方向上的自旋分量成比例。我们使用 Bloch 球面的便捷表示来描述这些算符及其本征态的属性。此表示可用于描述在二维希尔伯特空间中演化的任何系统，例如量子信息中的量子比特。我们将在后续讲座中广泛使用这种表示。
库酸盐超导体晶体结构
还表明，对通过测量超导状态的骑士移位，对旋转单线态。电子自旋和核矩之间的相互作用是ℋ=⃗𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝑖𝐼𝐼⃗𝐼𝐼⃗𝐼𝐼𝐼𝐼，导致骑士移位𝐾𝐾（𝑇𝑇），可测量电子自旋易感性。这观察到在零温度极限的零，与自旋单重配对状态一致。[M. Takigawa，A。P. Reyes，P。C. Hammel，J。D. Thompson，R。H. Heffner，Z。Fisk，Z。Fisk和K. C. Ott，“ YBA 2 CU 3 O 6.63（T C = 63 K）的磁性特性的CU和O NMR研究，” Phys Rev B 43（1），247-257（1991）
具有集成错误检测的稳健多量子比特量子网络节点
长距离量子通信和网络需要具有高效光学接口和长存储时间的量子存储节点。我们报告了基于金刚石纳米光子腔中的硅空位中心 (SiV) 实现的集成双量子比特网络节点。我们的量子比特寄存器由充当通信量子比特的 SiV 电子自旋和充当存储量子比特的强耦合硅-29 核自旋组成，量子存储时间超过 2 秒。通过使用高度应变的 SiV，我们实现了温度高达 1.5 开尔文的电子-光子纠缠门和温度高达 4.3 开尔文的核-光子纠缠门。我们还通过使用电子自旋作为标志量子比特展示了核自旋-光子门中的高效错误检测，使该平台成为可扩展量子中继器的有希望的候选者。T
基于半导体量子点的自组装结构中的斜核四极相互作用
动态核极化 (DNP) 在自旋电子学和量子信息处理中被公认为具有重要意义。DNP 可产生高核自旋极化，这不仅可以通过产生 Overhauser 场 (OHF) 来延长电子自旋寿命，而且还为探索核自旋量子比特提供了灵感。在应变量子点结构 (QDS) 中，核自旋通过其四极矩耦合到应变场。研究表明，这种核四极相互作用 (NQI) 可用于实现可观的 DNP 和电子自旋极化。在这里，我们发现了一系列横向排列的 (In,Ga)As QDS 的磁光异常，这些 QDS 是由这些纳米结构中的 NQI 和 DNP 引起的。我们发现对称性降低的 QDS 中 NQI 的主轴明显偏离生长方向，导致 OHF 倾斜超过 37°。针对晶体取向探测了由此产生的 OHF 横向分量，并分析了其对 DNP 和整体自旋失相的影响。我们表明，激子的高对称电子约束势不能保证同一纳米物体内原子核的高对称 NQI，因此需要对电子约束势和核自旋池的对称性进行相关优化。我们的研究结果强调了斜 NQI 在电子自旋退相干和去极化中的作用，而这一作用迄今为止在很大程度上被忽视了。因此，这项工作揭示了设计规则，用于设计 QDS 的电子和自旋景观，从而提高 DNP 在自旋电子学和量子计算中的应用性能。
![arxiv：2008.09716v1 [Quant-ph] 2020年8月21日](/simg/g:\will\search\icon\source\2\2728a487fd90dfde2c15426077e0da1bc48f4147.webp)
arxiv：2008.09716v1 [Quant-ph] 2020年8月21日
在电子自旋上例如ˆ u e = exp {i p t i a a i zz s z i izτ}或ˆ u e = exp {i p t i p t i a i zx s z z z i i ixτ}，
表面上原子自旋量子比特的通用量子控制
扫描隧道显微镜 (STM) 能够在具有原子精度的表面上自下而上地制造定制的自旋系统。当将 STM 与电子自旋共振 (ESR) 相结合时，这些单个原子和分子自旋可以被量子相干地控制并用作电子自旋量子比特。在这里，我们通过沿两个不同方向采用相干控制来展示对表面上这种自旋量子比特的通用量子控制，这通过两个具有明确相位差的连续射频 (RF) 脉冲实现。我们首先展示量化轴上布洛赫矢量的每个笛卡尔分量的变换，然后进行 ESR-STM 检测。然后，我们展示了使用双轴控制方案生成单个自旋量子比特的任意叠加态的能力，其中实验数据与模拟结果高度一致。最后，我们介绍了动态解耦中双轴控制的实现。我们的工作扩展了基于 STM 的脉冲 ESR 的范围，突出了该技术在表面电子自旋量子比特的量子门操作中的潜力。
专为太空应用而设计的 MRAM 切换存储器的鉴定和可靠性
• 自旋是一个基本量子数 • 铁磁材料包含不成对的电子 • 自旋的排列产生磁性 • 记忆存储在电子自旋中 • 自旋不会像电荷那样“泄漏” • 自旋不受重离子辐照的影响 • 自旋不受累积剂量 (TID) 的影响 • 自旋排列由磁场实现 • 避免基于电荷的设备的磨损机制
自组装量子点中的俄歇和自旋动力学
单个量子点的塞曼分裂自旋态可与其光学三子跃迁一起使用，在静止（自旋）和飞行（光子）量子位之间形成自旋 - 光子界面。除了自旋态本身的长相干时间之外，三子态的极限退相干机制也是至关重要的。在这里，我们在时间分辨共振荧光中研究了施加磁场（高达 B ¼ 10 T）下单个自组装量子点中的电子自旋和三子动力学。量子点仅与电子库弱耦合，隧穿速率约为 1 ms 1 。使用这种样本结构，除了电子的自旋翻转速率和三子跃迁的自旋翻转拉曼速率之外，我们还可以测量将俄歇电子散射到导带的俄歇复合过程。俄歇效应会破坏辐射三子跃迁，使量子点保持空置状态，直到电子从储存器隧穿到量子点中。俄歇复合事件与随后从储存器隧穿的电子相结合，可以翻转电子自旋，从而构成限制自旋寿命的另一种机制。